《现代天气学原理》由会员分享，可在线阅读，更多相关《现代天气学原理（9页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、现代天气学原理第二章 天气学基础知识和基本研究方法一、基本天气图的分析方法1、天气图底图常用的正形投影法有极射赤面投影法（适用于中高纬度【南北纬度 60-90）地区】、兰 勃脱圆锥投影法【适用范围南北纬 30-90】和麦卡托圆柱投影法【适用于南北纬度0-30】2、等值线分析的基本规则：（1）同一条等值线上要素值处处相等。（2）等值线一侧的要素值总是高于或低于另一侧。（3）等值线不能相交、分支和在图中中断。（4）高值区和低值区相邻的等值线，两者的数值总差一个间隔，而两个高值区或两个低值区之间相邻的等 值线，其数值相等。3、以lOOOhPa为基线，每隔2.5hpa画一条等压线，如：1000.0,
2、1002.5, 1005.0,以0C为基准，每隔4C画一条等温线，如-4, 0, 4, 8C,等。4、地面天气图分析 高空天气图分析 【见附件】第三章 大气环流一、实际大气环流的平均特征1、冬季：北半球的主要活动中心是两个低压，一个是阿留申低压，另一个是冰岛低压。高压中心有西伯利 亚高压、北美高压。 夏季：冬季大陆上的两个冷高压到了夏季变成了两个热低压，即亚洲低压和北美低 压。热带辐合带：是南北半球两个副高之间气压最低、气流汇合的地带。 这种大规模的风随季节而转换称为季风。中国东南沿海在冬季盛行偏北风，夏季盛行偏南风。2、槽脊系统（冬三夏四）冬季：有三个明显的槽。东亚大槽：在140 E的亚洲东
3、岸。北美大槽：位于80 W的北美大陆东岸。欧洲浅槽：在10 E60 E之间，乌拉尔山以西，由欧洲北海向西南方向伸展的较弱的浅槽，是三个槽中最弱的一个。在三个槽之间有三个平均脊，分别位于阿拉斯加、西欧沿岸和贝加尔湖地区，脊的强度要比槽弱得多。夏季：中高纬度的西风带上由三槽三脊转变为四槽四脊。等高线变稀疏，其强度比冬季显著减弱。 北美 大槽的位置没有明显的变化，而东亚大槽向东移20个经度，乌山以西的浅槽已不存在。北美大槽和东亚大 槽之间的距离加大，而形成两个相对较弱的波动，在欧洲西岸和乌山以东附近各出现一个弱的浅槽。3、上游效应：上游某地区长波系统发生某种显著变化后，影响到下游地区长波系统的变化；
4、下游效应：下游某地区长波系统的显著变化也会影响到上游，使上游长波系数也随之发生转变。阻塞高压：长波脊不断向北伸展，在长波脊中可形成闭合的暖高压切断低压：长波槽不断向南加深时，在长波槽中可形成闭合的冷低压。（两压常同时出现）第四章 中纬度天气系统一、锋面系统1、锋面：冷、暖气团之间的过渡带。锋线：锋面与地面相交的线。习惯上把锋面和锋线统称为锋。根 据锋在移动过程中冷、暖气团所占有的主次地位，可将锋分为：冷锋、暖锋、准静止锋、锢囚锋。冷锋：锋面移动过程中，冷气团起主导作用，冷气团推动锋面向暖气团一侧移动。冷锋过境，气温下降。暖锋：锋面移动过程中，暖气团起主导作用，暖气团推动锋面向冷气团一侧移动。暖
5、锋过境，气温上升。准 静止锋:当冷暖气团的势力相当时，锋面的移动十分缓慢或相对静止。实际中，6小时间隔内，锋面位置 变化小于一个纬距的锋面定为准静止锋。锢囚锋:由冷锋赶上暖锋或者两条冷锋迎面相遇叠并而成的锋面。2、锋面结构模型（楔型锋模式）将锋面看成一种倾斜的不连续面，在锋的两侧气象要素（温度、密度、 沿锋面风速等）分布是不连续的，这种不连续有时称为零阶不连续。马格拉斯锋面坡度公式：tan 二fT*竺二fT* Vw 一 Vcg T g T -Twc其中：Tc、Tw分别为锋面两侧的冷、暖空气的温度；T*为冷、暖空气的平均温度；vw、vc分别为锋面两 侧平行于锋面的风速。锋面坡度公式反映了锋面的坡
6、度取决于锋面两侧的温差和风速切变。（1 ）5 T二T - T 0锋面的坡度随着锋区冷暖空气的温差的增大而减小。当 时，5T二0 tan 4，二90即锋面垂直，这意味着锋面不再存在。（2）如果f0 （即北半球），相应必须有5v 0即锋面两侧具有气旋式切变。风速切变愈大，锋面坡度 也愈大；在南半球情况相反。（3）如其他条件不变，锋面坡度随纬度增加而增大。当冷锋南下，锋面坡度要逐渐减小。3、锋面天气锋面附近气象要素的特征：温度场？位温场？气压场和风场特征？变压场？ 4、锋生和锋消锋生：指锋的生成或加强。锋消：指锋的减弱或消亡。5、/ V 01hT 一 1 心4 21丿讨论物理意义：？（1）非绝热加热
7、T1： T1表示沿已存在温度梯度方向的非绝热加热的梯度产生的锋生作用。（2）垂直运动作用T2： T2表示沿温度梯度方向上，垂直速度的水平梯度产生的锋生作用。a 0若大气为稳定层结az0当暖气团中下沉运动w ,则T20,表示锋生；相反则为锋消过程。（3）水平运动辐合T3： T3表示在已有的水平温度梯度情况，水平辐合（D0）产生的水 平温度梯度的增加（或减弱），即锋生或锋消。（4）水平变形场的作用 T4：T4 表示整个水平变形产生的锋生作用。设x轴为变形场的膨胀轴，y轴为收缩轴，而等位温线与x轴的夹角为卩。则：V 0 |E cos 2PT 二 142当卩 45 ，有锋消作用，卩=0，锋生作用最大。
8、二、温带气旋和反气旋1、气旋（低压）：同一高度上中心气压低于四周的大尺度涡旋，气旋范围内的空气作逆时针旋转。 反气旋（高压）：同一高度上中心气压高于四周的大尺度涡旋，反气旋范围内的空气作顺时针旋转。2、温带气旋的经典模型（经典气旋发展的几个阶段）：初生阶段、发展阶段、成熟阶段、衰亡阶段3、锋面气旋天气：（1）初生阶段：在暖锋前会形成云雨和连续性降水，能见度恶劣。（2）发展阶段：气旋 区域内的风速普遍增大，气旋前部有暖锋天气特征，气旋后部具有冷锋后冷气团的天气特征（3）锢囚阶 段：地面风速很大，云和降水区扩大，降水强度加剧。（4）衰亡阶段：云和降水开始减弱，云底抬高。云 和降水具有中尺度结构，降
9、水呈多带分布。4、P坐标中涡度方程atduax ay 丿a dv、dx dpa du、+ay ap 丿 aFy、dxxdy丿d8 兀 2 g dZdtfL2 dt（涡度T高度J气压J ）du dv （1）辐合辐散项（dxdy丿度增加，辐散使得气旋性涡度减小。在辐合相同的情况下，绝对涡度大的地方更有利于气旋的发展。）（ 2 ）扭曲项仝 + f)D 乂 + f 譽pdp辐合使得气旋性涡扭曲项的作用是把涡度从水平方向转到垂直方向在对流层中低 层，扭曲项作用一般较小，在对流层高层特别是高空急流附近，扭曲项的作用有时较大。）（3）摩擦项 摩擦项的作用最终会引起气旋和反气旋的减弱。且地面相对涡度越大、风速
10、越大，地面越粗 糙，则这种减弱作用越明显。【 影响温带气旋发展的主要因子是涡度平流和水平辐合辐散】5、Ptterssen发展方程（1000hpa涡度倾向方程或地面气旋、反气旋发展方程） 0 dt)+ 丄 dQ d Gn p )二-V -V t + f ）-乞 V 2 J p05 p 5f p p505方程右端第一项为 500hpa 涡度平流项，槽前脊后为正涡度平流，有利于地面气旋发展，槽后脊前为负 涡度平流，有利于地面反气旋发展。 方程右端第二项可以分成三项来讨论：（1）温度平流项LRV2JpLV-VTd（lnp）f0p p5在暖平流区，地面涡度增加，有利于气旋发展。冷平流区，地面涡度减小，有
11、利于反气旋发展。绝热变化项-Rd V2 Jpl（y -y）L（ln p）f p p d-V-VTMd “ c dtp在稳定大气的条件下:一丫）,低压区上升运动产生反气旋式涡度。高压区有下沉运动，将导致气旋 d式涡度增加。绝热顼对干气旋与反气旋的发展起破坏作用。但此项有利于背风面气旋的发展，对于南北向 的山脉，西风在迎风面上升产生反气旋涡度，在背风面下沉产生气旋涡度。R（3）非绝热变化项 -7 V2 J p0f p p505-dQ d (ln p )c dtp大气中非绝热过程主要有：下垫面作用，冷、 热源通过辐射、传导、乱流等过程使气柱冷却或加热。水汽的凝结、蒸发等过程，使空气加热或冷却。 在热
12、3源地区，有利于气旋发展；在冷源地区，有利于反气旋发展。6、 3 方程及其对气旋发展的讨论d 2GV 2 + f 2 一0 dp 2 丿二 f -V0 dp gV 2|V 汽gdpR dQd- V 2 =1c p dt右端第一项为涡度平流随高度变化项。当涡度平流随高度增加（随气压减小）时，有上升运动；当涡度平 流随高度减小（随气压增加）时，有下沉运动 物理意义：在地面低压中心附近涡度平流很小，而上空为 较大的正涡度平流。气旋性涡度增加，使风压场不平衡，在地转偏向力的作用下，必然产生水平辐散，为 保持质量连续，将出现补偿上升运动，并且上升运动在对流层中层达到最大。由于这种垂直上升运动的拉 伸作用
13、，使得槽前对流层中下层气旋性涡度增加，相反地，脊前槽后则由于负涡度平流产生的下沉运动， 使地面反气旋发展。右端第二项为厚度平流（温度平流）的拉普拉斯项。暖平流区（一V -VT 0有上升运动，冷平流区-V -VT 0 ，有上升运动；在非绝热冷却区加 0,有下沉运动。【在地形迎风坡，空气被强迫抬升，由于上升运动随高度递减，涡度减小；dt背风坡则涡度增加】-V2卜-V竺 g dpy V 竺二RdV -VTg dpp g三、西风带槽脊系统的发展 ppL21、Rossby 长波公式：c = U = U k 24兀 2当c=0时的波动称为静止波。,一 iU 静止波的波长为：Ls = 2k,1L0,波前进；*.2、绝热条件下位势倾向方程：丨V2 +p则Rossby长波公式可改写为：c = 42（L - L2） 波静止；LLs时,c0,波后退； -x = -fV站+匚丿+證 g g dp ILs 时，c=0,; f2 d2 0- g dp丿0gdp右端第一项为地转风的绝对涡度平流项，强弱主要决定于地转风相对涡度平流右端第二项为厚度平流（或温度平流）随高度变化项。在暖平流区，当暖平流随高度减弱（随气压增强） 时，即低层暖平流强，高层暖平流弱时，等压面高度升高；在冷平流区，当冷平流随高度减弱（随气压增 强）时，即低层冷平流强，高层冷平流弱时，等压面高度降低。3、高空形势预报方程兀m = V .V 匚
